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1、双极性晶体三极管第1页，共32页，编辑于2022年，星期五2、三极管的电路符号、三极管的电路符号PNP三极管三极管NPN三极管三极管CEBiCiBiECEBiCiBiE3、三极管的电流放大作用、三极管的电流放大作用 要使三极管具有放大作用，基本条件是发射结加要使三极管具有放大作用，基本条件是发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。第2页，共32页，编辑于2022年，星期五 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBEc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。IE基区空
2、基区空穴向发穴向发射区的射区的扩散可扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。第3页，共32页，编辑于2022年，星期五BECNNPEBRBEcIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBO从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。IC=ICE+ICBO ICEIBEICE第4页，共32页，编辑于2022年，星期五IB=IBE-ICBO IBE
3、IBBECNNPEBRBEcIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE第5页，共32页，编辑于2022年，星期五ICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数 表明基极电流对集电极电流具有控制作用。表明基极电流对集电极电流具有控制作用。这就是三极管的电流放大作用。这就是三极管的电流放大作用。注意：这个放大作用是指一个小电流控制一个大注意：这个放大作用是指一个小电流控制一个大电流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放电流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放大的。大的。从这个意义上看：三极管是个电流放大元件从这个意义上看：三极管是个电流放大元件第6页，共32页，编辑于202
4、2年，星期五 PNP管的分析同管的分析同NPN管相同。使用时注意各极管相同。使用时注意各极极性和电流方向：极性和电流方向：NPN三极管三极管CEBiCiBiEUBE+-+-UCE-+PNP三极管三极管CEBiCiBiE+-+-UEBUEC+-第7页，共32页，编辑于2022年，星期五 为了保证受控载流子流的传输，制造晶体三极管为了保证受控载流子流的传输，制造晶体三极管时应满足两个条件：时应满足两个条件：a 发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。b 基区宽度应很小，以保证基区宽度应很小，以保证 IE中被复合的成份少，大部分中被复合的成份少，大部分能到达集电极，成
5、为可控的集电极电流。能到达集电极，成为可控的集电极电流。三极管产生放大作用的条件：三极管产生放大作用的条件：1、内部条件：、内部条件：2、外部条件：、外部条件：a发射结加正向电压（正偏）发射结加正向电压（正偏）b集电结加反向电压（反偏）集电结加反向电压（反偏）NPN管：管：UCUBUEPNP管：管：UCUB 共发射极连接共发射极连接CEBiCiBiEEb 共基极连接共基极连接EBCBiEiBiCiEiCiBBCECc 共集电极连接共集电极连接注意：箭头表示电流的真实方向注意：箭头表示电流的真实方向第9页，共32页，编辑于2022年，星期五输入特性曲线：输入特性曲线：因为晶体管有一对输入端和一对
6、输出端，因此，要完整地描述晶因为晶体管有一对输入端和一对输出端，因此，要完整地描述晶体管的伏安特性，就必须用两组表示不同端电压、电流之间关系的特体管的伏安特性，就必须用两组表示不同端电压、电流之间关系的特性曲线来表示。以共发射极为例来具体分析。性曲线来表示。以共发射极为例来具体分析。输入特性曲线是指当集输入特性曲线是指当集射极之间的电压射极之间的电压UCE为某一常数时，输入为某一常数时，输入回路中的基极电流回路中的基极电流IB与加在基与加在基射极间的电压射极间的电压UBE之间的关系曲线。之间的关系曲线。5、晶体三极管的特性曲线、晶体三极管的特性曲线 晶体管的特性曲线是用来表示各极电压和电流之间
7、相互关系，晶体管的特性曲线是用来表示各极电压和电流之间相互关系，反映的是晶体管的性能。反映的是晶体管的性能。IB(A)UBE(V)204060800.4 0.8UCE 1V 死区电压，硅死区电压，硅管管0.5V，锗管，锗管0.2V。工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。第10页，共32页，编辑于2022年，星期五输出特性曲线输出特性曲线0uCEiCNPNiB=0iB3iB2iB1iB3 iB2 iB10从输出特性上，可将三极管分为三个工作区（工作状态）：从输出特性上，可将三极管分为三个工作区（工作状态）：截止截止(Cut off)、饱和、饱和(Sa
8、turation)、放大、放大(Active)。截止截止饱和饱和放大放大集电极电流受基极电流控制，所以晶体三集电极电流受基极电流控制，所以晶体三极管又称为电流控制器件极管又称为电流控制器件 输出特性曲线是指当基极电流输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路中集为常数时，输出电路中集电极电流电极电流IC与集与集射极间的电压射极间的电压UCE之间的关系曲线。之间的关系曲线。第11页，共32页，编辑于2022年，星期五输出特性曲线输出特性曲线IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称为线称为线性区性区（放大（
9、放大区）。区）。第12页，共32页，编辑于2022年，星期五IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。第13页，共32页，编辑于2022年，星期五IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE iB2 iB10截止截止饱和饱和放大放大IB=0 曲线以下的区域。曲线以下的区域。条件：发射结零偏或反偏条件：发射结零偏或反偏集电结反偏集电结反偏RC
10、UCCTRBUBBIBICIEIB=0,IC=IE=ICEO(穿透电流穿透电流)ICEO受温度影响很大受温度影响很大,温度升高温度升高,ICEO增大。增大。由于由于ICEO很小，此时很小，此时UCE近似等近似等于于ECC，C与与E之间相当与断路。之间相当与断路。2）饱和区）饱和区条件：发射结正偏，集电结正偏。条件：发射结正偏，集电结正偏。饱和电压记为饱和电压记为UCES，硅管，硅管 UCES=0.30.5V锗管锗管 UCES=0.10.2V。C与与E之间相当于短路之间相当于短路。第15页，共32页，编辑于2022年，星期五3）放大区）放大区条件：发射结正偏；集电结反偏。条件：发射结正偏；集电结
11、反偏。晶体管具有放大作用。晶体管具有放大作用。特点：特点：当当IB有很小的变化时，有很小的变化时，IC变化很大。变化很大。UCE变化时，变化时，IC基本不变。基本不变。对于三极管的输出特性，以下三点应有深刻认识：对于三极管的输出特性，以下三点应有深刻认识：三极管工作在放大区时，改变三极管工作在放大区时，改变IB的大小，的大小，IC的大小会随的大小会随之改变。因此，改变之改变。因此，改变IC的唯一途径就是改变的唯一途径就是改变IB，而这正是，而这正是IB对对IC的控制作用。的控制作用。三极管电流放大作用能力的大小，反映在输出特性曲三极管电流放大作用能力的大小，反映在输出特性曲线平坦部分间隔的大小
12、上。间隔大，即线平坦部分间隔的大小上。间隔大，即IC大，因而放大大，因而放大能力（即能力（即）也大。也大。三极管具有恒流特性。在放大区时，增大三极管具有恒流特性。在放大区时，增大UCE，IC不会明不会明显增加，这就是三极管的恒流特性。显增加，这就是三极管的恒流特性。第16页，共32页，编辑于2022年，星期五6、三极管的作用、三极管的作用1）用作放大元件）用作放大元件2）用作开关元件。）用作开关元件。工作在放大区，构成放大电路工作在放大区，构成放大电路工作在截至区、饱和区，构成数字电路等工作在截至区、饱和区，构成数字电路等第17页，共32页，编辑于2022年，星期五例例 判断图中晶体管的工作状
13、态。判断图中晶体管的工作状态。解：解：（a）是是NPN管管，UCUB UE工作在放大状态。工作在放大状态。（b）是是PNP管管，UEUB UC工作在放大状态。工作在放大状态。（c）是是NPN管管，UEUB，UCUB,发射结、集电结均发射结、集电结均反偏反偏工作在截止状态。工作在截止状态。第18页，共32页，编辑于2022年，星期五6、晶体管的主要参数、晶体管的主要参数共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：1）电流放大倍数）电流放大倍数 和和 工作于动态的三极管，真正的信号是工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为化量为
14、IB，相应的集电极电流变化为，相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：第19页，共32页，编辑于2022年，星期五 和和 含义不同，但在输出特性放大区内，曲线含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近于平行等距接近于平行等距:所以今后在使用时，一般用所以今后在使用时，一般用 代替代替 ，而不将，而不将二者分开。二者分开。由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，值也有很大差别。常用的晶体管的值也有很大差别。常用的晶体管的 值一般在值一般在 20100之间。之间。第20页，共32页，编辑于2022年，星期五例：例：UCE=6V
15、时：时：IB=40 A,IC=1.5mA；IB=60 A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=第21页，共32页，编辑于2022年，星期五2）集）集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。通常希望通常希望ICBO越小越好。在温度稳定性方面，硅越小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。管比锗管好。第22页，共32页，编辑于2022年，星期五3）集）集-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEO AICEO第23页，
16、共32页，编辑于2022年，星期五BECNNPICBOICEO=ICBO+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，区，形成形成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存在，的存在，必有电流必有电流 IBE。集电结反偏有集电结反偏有ICBO第24页，共32页，编辑于2022年，星期五4）集电极最大电流）集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的值的下降，当下降，当 值下降到正常值的三分之二时的值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为集电极电流即为ICM。所以集电极电流应为：所以集电极电流应为：IC=IB+ICEO而而ICEO受温度影
17、响很大，当温度上升时，受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以增加很快，所以IC也相应增加。也相应增加。三极管三极管的温度特性较差的温度特性较差。第25页，共32页，编辑于2022年，星期五5 5）集）集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压手册上给出的数值是手册上给出的数值是2525 C C、基极开路时基极开路时的击穿电压的击穿电压U(BR)CEO。是指当基极开路时，加在集电极和发射极是指当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。集之间的最大允许电压。集射极之间电压超过射极之间电压超过U(BR)CEO时，集电极电流会大幅度上升，此时，三时，集电极电流会大幅度上升，此时，三极
18、管被击穿而损坏。极管被击穿而损坏。第26页，共32页，编辑于2022年，星期五6）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC流过三极管，所发出的功流过三极管，所发出的功率为：率为：PC=ICUCEPC PCM 两个结上消耗的功率分别等于通过结的电流乘以加在两个结上消耗的功率分别等于通过结的电流乘以加在结上的电压，一般集电结上消耗的功率比发射结大得多，结上的电压，一般集电结上消耗的功率比发射结大得多，用用PCM表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，当结温超过最高工作温度时，管子性能下降，甚至被当结温超过最高工作温度时，管子性
19、能下降，甚至被烧坏。因此集电结的最高工作温度决定了三极管的最烧坏。因此集电结的最高工作温度决定了三极管的最大集电极耗散功率。大集电极耗散功率。第27页，共32页，编辑于2022年，星期五ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区 由由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管的安全工作区，共同确定三极管的安全工作区，如图所示。如图所示。第28页，共32页，编辑于2022年，星期五第29页，共32页，编辑于2022年，星期五第30页，共32页，编辑于2022年，星期五6、半导体三极管的主要参数、半导体三极管的主要参数（1）电流放大系数）电流放大系数(a)直流直流(
20、静态静态)(hFE)(b)交流交流(动态动态)(hfe)和和 含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近于平行等距，含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近于平行等距，所以今后在使用时，一般用所以今后在使用时，一般用 代替代替 ，而不将二者分开。，而不将二者分开。由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，值也有很大差别。常用的值也有很大差别。常用的晶体管的晶体管的 值一般在值一般在20100之间。之间。（2）极间反向电流）极间反向电流(a)集集基反向饱和电流基反向饱和电流ICBO(b)集集射穿透电流射穿透电流 ICEO ICBO是发射极开路时，集是发射极开路
21、时，集基反向饱和电流。通常希望基反向饱和电流。通常希望ICBO越小越小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。ICEO是基极开路时，从集电极直接穿透三极管到达发射极的电流。是基极开路时，从集电极直接穿透三极管到达发射极的电流。第31页，共32页，编辑于2022年，星期五（3）集）集射反向击穿电压射反向击穿电压U(BR)CEO由由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管共同确定三极管的安全工作区，如图所示。的安全工作区，如图所示。是指当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。集是指当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。集射射极之间
22、电压超过极之间电压超过U(BR)CEO时，集电极电流会大幅度上升，此时，三极时，集电极电流会大幅度上升，此时，三极管被击穿而损坏。管被击穿而损坏。0uCEiCU(BR)CEOICMuCEiC=PCM安安全全工工作作区区（NPN）过过损损耗耗区区（4）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率PCM两个结上消耗的功率分别等于通过结的电流乘以加在结上的电压，两个结上消耗的功率分别等于通过结的电流乘以加在结上的电压，一般集电结上消耗的功率比发射结大得多，用一般集电结上消耗的功率比发射结大得多，用PCM表示，这个功表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，当结温超过最高工作温度时，率将导致集电结发热，结温上升，当结温超过最高工作温度时，管子性能下降，甚至被烧坏。因管子性能下降，甚至被烧坏。因此集电结的最高工作温度决定了此集电结的最高工作温度决定了三极管的最大集电极耗散功率三极管的最大集电极耗散功率（5）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM集电极电流集电极电流IC超过一定值时，超过一定值时，值要值要下降，当下降，当 降到原来值的降到原来值的2/3时，对时，对应的应的IC称为称为ICM第32页，共32页，编辑于2022年，星期五